第一節(jié) 國內(nèi)水處理用膜制品 技術(shù)工藝 研發(fā)動態(tài)

1、研制新型有機膜

大連理工大學 研究 開發(fā)出一種新型含二氮雜萘銅結(jié)構(gòu)類雙酚單體(DHPZ)，該單體具有芳環(huán)雜非共平面扭曲結(jié)構(gòu)，由其合成的含二氮雜萘銅結(jié)構(gòu)的聚芳醚銅(PPEK)和聚芳醚砜(PPES)具有耐高溫、可溶解的綜合性能。

2、立升首創(chuàng)PVC合金簾式膜技術(shù)

立升承擔十五國家科技攻關(guān)計劃引導項目期間，通過對PVC材料進行合金改性，改變成膜結(jié)構(gòu)、親水性和抗污染性，成功實現(xiàn)用最廉價的工程塑料——PVC材料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)超濾膜，生產(chǎn)成本僅國外1/3，一舉奠定了立升和中國在世界超濾膜生產(chǎn)領域的領先地位。解決了超濾膜因生產(chǎn)成本過高而難以實現(xiàn)全面推廣的問題。

為推進我國城鄉(xiāng)飲水安全改造進程，立升企業(yè)與太平洋水處理工程有限公司、南通市自來水公司等單位，以PVC合金超濾膜為核心技術(shù)，開展“浸入式超濾膜技術(shù)為核心的短流程凈水工藝” 研究 ，旨在進一步降低PVC合金超濾膜的應用成本。 研究 已取得了突破性成果，并通過了國內(nèi)眾多知名專家鑒定，成為“第三代市政供水處理工藝”發(fā)展過程中的又一重要技術(shù)突破。

在超濾膜性能提高和成本降低的雙重推動下，我國自來水工業(yè)迎來技術(shù)發(fā)展的新機遇。當前上水領域應用的超濾膜技術(shù)主要為柱式膜，很少用簾式膜。“短流程凈水工藝”采用的核心組件——立升PVC合金簾式超濾膜相較柱式超濾膜成本更加低廉，水質(zhì)適應性更強，能耗更低，應用在自來水處理領域，能進一步降低投資和運行成本，而且產(chǎn)水完全符合106項新指標要求。

PVC合金超濾簾式膜利用外壓式過濾原理。在溫度適中時，水通過自身重力流經(jīng)膜，從而減少能耗。溫度較低時，膜通量相對減少，才需要加壓過濾，但依然實現(xiàn)了運行成本的降低。這一進步再次降低膜法自來水處理成本，為我國老水廠改造和新建水廠提供了一條新的技術(shù)路線，符合資源節(jié)約型產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。特別是通過實踐證明，新水質(zhì)指標要求是完全可以通過較低投入實現(xiàn)的。據(jù)項目專家介紹，該技術(shù)應用于自來水水處理，在世界水處理 行業(yè) 尚屬首創(chuàng)。

3、新型膜材料及膜組器的制備和應用關(guān)鍵技術(shù)與工程示范

1） 研究 目標：

圍繞當前和今后適用于污水處理和回用的膜生物反應器(MBR)等領域?qū)ξ?超濾膜材料和膜組器的快速需求， 研究 開發(fā)基于聚偏氟乙烯等材料的低成本、高性能、高強度、耐用型超/微濾膜材料及膜組器，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和模塊化制備以及水處理工程應用。為我國水污染控制和水再生利用提供高新技術(shù)支持。

2） 研究 內(nèi)容：

（1）新型超/微濾膜材料及高效率膜組器制備關(guān)鍵技術(shù)

研究 開發(fā)聚偏氟乙烯等低成本、高性能、高強度、耐用型新型超/微濾膜材料制備技術(shù)。 研究 考察不同制膜技術(shù)、方法、工藝條件和配料等對膜成型和膜性能的影響，優(yōu)化并確定最佳制膜方法和工藝技術(shù)參數(shù)。 研究 膜組器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù)、組裝技術(shù)等，優(yōu)化膜組器制備工藝技術(shù)參數(shù)，并實現(xiàn)低能耗、長壽命、防堵塞、易于維護的高效率膜組器的模塊化生產(chǎn)。

（2）新型超/微濾膜材料及高效率膜組器的應用 研究

開展新型微/超濾膜材料和膜組器在污水處理與回用等工藝中的應用 研究 ，考察新型膜材料和膜組器的穩(wěn)定運行特性、抗污染性能，解析不同操作條件下膜污染機制，開展物理、化學清洗方法 研究 ，確定最佳清洗方法和技術(shù)。開展新型微/超濾膜材料和膜組器的經(jīng)濟性評估。

（3）新型超/微濾膜材料及高效率膜組器的規(guī)?；a(chǎn)與工程示范

研究 開發(fā)面向工程化應用的新型膜材料與膜組器制備的關(guān)鍵技術(shù)，建立新型微/超濾膜材料及高效率膜組器的規(guī)?；a(chǎn)線并進行示范生產(chǎn)。將反應器結(jié)構(gòu)設計、膜組器設置以及自動控制等進行技術(shù)的綜合集成，建立新型微/超濾膜材料及高效率膜組器在膜生物反應器等污水處理與回用工藝中的工程應用示范，形成新型微/超濾膜組器等的工藝設計工具包。

3）考核指標：

主要考核指標：

（1）開發(fā)出3種規(guī)格以上低成本、高性能的新型PVDF等微/超濾材料；新型微/超濾膜材料的清水通量>10L/(m2hkPa)（25C條件下），機械強度>5N。

開發(fā)出適用于膜生物反應器等工藝的高效率膜組器，成本比國外產(chǎn)品降低20%以上，并形成不同處理規(guī)模的系列化產(chǎn)品。

（2）形成新型微濾/超濾膜材料生產(chǎn)能力>50萬m2/年。

（3）建立2個新型微/超濾膜材料與膜組器在膜生物反應器等工藝中的工程應用示范，處理規(guī)模城市污水>10,000m3/d，工業(yè)廢水>1000m3/d，并穩(wěn)定運行1年。

（4）編制工藝設計工具包和新型膜材料和膜組器的應用操作手冊。

（5）申請國家發(fā)明專利3項以上。

4）課題執(zhí)行年限：

2009年5月至2012年5月

5）課題經(jīng)費來源及要求：

本課題國撥專項經(jīng)費控制額不超過800萬元，承擔單位落實匹配 研究 經(jīng)費不少于800萬元（不含生產(chǎn)線和示范工程建設費用）。本課題須由企業(yè)牽頭、產(chǎn)學研聯(lián)合組織實施課題。
 
   第二節(jié) 國外水處理用膜制品 技術(shù)工藝 研發(fā)動態(tài)

1、金屬膜的研制

國外新研制的金屬膜采用不對稱結(jié)構(gòu)，以粗金屬粉末作支撐材料，以同種合金的細粉末噴涂作有效濾層(厚度小于200μm);其孔徑分布集中在1～2μm之間，屬微濾(MF)范圍;顆粒物難以進入濾膜內(nèi)部堵塞濾道而滯留在膜表面，形成表面過濾。與傳統(tǒng)多孔燒結(jié)金屬濾材相比，不對稱金屬膜濾通量高3～4倍，壓降較小，反沖洗周期長達6～8個月，且反沖效果較好。

2、UF、MF技術(shù)

膜技術(shù)作為飲用水處理的一個獨立工藝，是水處理領域近l0年來最重要的技術(shù)突破。UF、MF技術(shù)為其中很重要的一個組成部分。I987年，在美國科羅拉多州的Keystonecolo建成的世界上第一座膜分離凈水廠，水量為105m3／d，使用的就是外壓式中空纖維聚丙烯MF膜，孔徑0.21μm，處理地面水。

目前世界上最大規(guī)模的MF膜分離凈水廠是位于美國加州SnaJose的Saratoga水廠，水量1.9萬m3／d，使用0.2μm孔徑的中空纖維膜，1994年2月投產(chǎn)。1988年法國AmoneoUrl市建成了使用醋酸纖維素中空纖維UF膜的膜分離凈水廠，處理能力為240m3／d；1989年，荷蘭應用UF膜建立凈水廠，用以去除濁度并消毒，處理能力為1200m3／d。而日本更是從1992年起，組成“膜應用新型凈水系統(tǒng)委員會”，對UF膜和MF膜處理飲用水進行大規(guī)模的 研究 。

3、無機膜

無機膜產(chǎn)業(yè)化處于世界前列的是日本和美國，日本近年來大力開發(fā)具有超濾性能的多孔陶瓷膜，在某些方面處于世界領先水平。礙子公司是日本最大的陶瓷膜生產(chǎn)廠家，其代表性產(chǎn)品是1988年開發(fā)成功的直徑為30mrm，19孔，小孔內(nèi)徑為4mm的蜂窩狀陶瓷膜；1989年開發(fā)成37孔，小孔內(nèi)徑3mrm的產(chǎn)品，每根過濾面積相當于管形膜的3．5—5．3倍；以及三層結(jié)構(gòu)的UF膜，支撐體和中間層為A12O3，，過濾層為Ti02，孔徑為5nm一50nn，當孔徑為5nm時，截留分子量為2萬Daltont。

第三節(jié) 近年國內(nèi)外水處理用膜制品生產(chǎn) 技術(shù)工藝 研發(fā)成果回顧

我國超濾膜已經(jīng)逐漸替代進口膜。中國藍星、杭州水處理中心、北京時代沃頓、天津膜天膜、海南立升以及山東招金膜天等企業(yè)能夠生產(chǎn)高性能的超濾膜，并且在國內(nèi)許多重大工程中成功應用；福建大拇指環(huán)保科技采用膜生物反應器實現(xiàn)了工業(yè)廢水零排放工程；福建威士邦膜科技將膜生物反應器與反滲透工藝結(jié)合，對大型印染企業(yè)的印染廢水二沉池出水進行深度處理，實現(xiàn)了印染廢水的循環(huán)回用，項目在國內(nèi)屬首創(chuàng)；福州福龍膜科技和福州大學合作，制備變壓器在線監(jiān)測用新型油氣分離膜氣體采集裝置，取代我國電力 行業(yè) 油氣分離膜長期依賴進口等。

第四節(jié) 未來水處理用膜制品生產(chǎn)國內(nèi)外 技術(shù)工藝 研發(fā)趨勢 分析

1、超濾膜發(fā)展趨勢

隨著生物工程、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及環(huán)境保護等方面的應用要求，超濾膜將朝著以下方向發(fā)展：

1）耐高溫的合成聚合物膜和無機超濾膜的開發(fā)和研制，這類膜的主要優(yōu)點是可用于高壓蒸汽消毒，對生物工程及醫(yī)藥工業(yè)用是極為重要的。

2）耐污染超濾膜的研制，膜污染是超濾應用中經(jīng)常遇到的難題，若對不同應用對象，選擇不同耐污染的膜，無疑可大大延長膜的使用壽命，增大處理能力，減少清洗時間和次數(shù)，從而可節(jié)省投資和運行費用，這對超濾技術(shù)的擴大應用具有十分重要意義。在生物工程和醫(yī)藥工業(yè)中，還可提高有效成分的回收率。

總之，隨著人們越來越關(guān)注人居環(huán)境和飲水安全，可以預測超濾技術(shù)將在我國未來市政水處理及飲用水處理市場得到大規(guī)模應用。

2、反滲透膜發(fā)展趨勢

1）超低壓膜

由于節(jié)省電能消耗和降低相關(guān)機械部件的壓力等級引起材料費下降等優(yōu)點，自1996年以來超低壓膜的應用比重日益增大，這在以使用4英寸膜為主的小型裝置中應用最為突出，隨著膜技術(shù)的發(fā)展，大型裝置中應用超低壓膜也呈大幅上升趨勢。

2）低污染膜

膜污染是反滲透應用中的最大危害，它不僅縮短膜使用壽命、增加運行費用，還直接影響膜系統(tǒng)的高效、連續(xù)運行。目前已有幾種抗污染性能強、使用壽命長、清洗頻度低且易清洗的低污染膜問世。海德能公司的LFC1膜由于具有膜表面呈電中性且親水性好等特點，成為低污染家族中的佼佼者，也是唯一在國內(nèi)大型反滲透裝置中得到應用的低污染膜。目前已在國內(nèi)幾家大型電廠、汽車廠、電子材料廠、茶葉濃縮廠中成功運行。

3）帶正電荷的反滲透膜

現(xiàn)在廣泛應用的低壓、超低壓復合膜的材質(zhì)均為芳香族聚酰胺，其膜表面均帶有負電荷，現(xiàn)已有膜廠家開發(fā)出表面帶正電荷的低壓復合膜，這種膜現(xiàn)主要應用于制備高電阻率的高純水系統(tǒng)中，在日本，日東電工公司生產(chǎn)的正電荷膜ES10C已在半導體 行業(yè) 的三級反滲透系統(tǒng)中實現(xiàn)10～15兆歐電阻率的高純水，在韓國的現(xiàn)代電子公司的三個生產(chǎn)廠的合計最終產(chǎn)水800噸/小時的三級反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水電阻率為8～9兆歐。

4）耐高溫、食品級、衛(wèi)生級反滲透膜

普通的水處理用反滲透膜的使用溫度均為0～45℃，但在需要耐90℃高溫殺菌的特殊場合，可使用耐高溫、耐化學藥品的反滲透膜。此外，各種有特殊膜元件結(jié)構(gòu)的食品級或衛(wèi)生級的反滲透膜也開始在國內(nèi)得到應用。

第五節(jié) 水處理用膜制品同類替代 技術(shù)工藝 發(fā)展

膜材料作為膜分離技術(shù)的核心越來越受到人們的關(guān)注。最早的分離膜材料是纖維素及其衍生物，近年來，各種高性能纖維素及高分子有機聚合物膜材料的開發(fā)層出不窮，并出現(xiàn)了新型的陶瓷、多孔玻璃、氧化鋁等無機膜材料和有機無機膜材料。

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